генетика / 3_Gen_pola

10

Тема 3. Генетика статі

Фенотипові ознаки, що зумовлюються генами, передаються між поколіннями внаслідок розмноження. Це властива всім організмам здатність відтворювати собі подібних, яка забезпечує безперервність життя.

Способи розмноження дуже різноманітні. Звичайно виділяють 3 основні форми:

• нестатеве - поділ навпіл, утворення спор вищими рослинами і шизогонія у найпростіших (споровики, форамініфери → кілька поділів ядра з наступним виокремленням відповідного числа 1-ядерних клітин).

• вегетативне – розмноження багатоклітинних організмів шляхом виокремлення частин тіла з наступним відновленням із них цілісного організму.

Вегетативне розмноження іноді розглядається як різновид нестатевого розмноження, хоча природа і походження у них різні: при нестатевому – нова особина розвивається із однієї недиференційованої клітини, а при вегетативному – із багатоклітинних зачатків різного походження.

• статеве – внаслідок запліднення.

До нерегулярних типів статевого розмноження відноситься апоміксис – зародок розвивається без запліднення. При цьому можливі такі варіанти формування нового організму:

1. із яйцеклітини – партеногенез, який може бути облігатним (постійним) – оси, бджоли, кліщі чи факультативним (циклічним) – дафнії, попелиці, коловертки – коли у сприятливих умовах із яєць виходять тільки диплоїдні самки;

2. із ядра сперматозоїду в зиготі – андрогенез (кукурудза, тютюн, наїзники тощо);

3. із вегетативної клітини – апогамія.

Регулярне статеве розмноження (амфіміксис) пов’язане із поняттям статі. Стать - це сукупність морфологічних і фізіологічних ознак організмів, що забезпечують запліднення з утворенням зиготи, із якої розвивається новий організм.

Стать може визначатися різними способами:

• прогамно - до запліднення. Деякі види метеликів і павуків утворюють дрібні партеногенетичні яйця, з яких виходять самці, та великі, з яких розвиваються самки;

• сингамно– це найпоширеніший варіант визначення статі у момент злиття гамет.

• метагамно (епігамно) – після злиття гамет під впливом умов середовища.

Наприклад, у роді морських червив бонелія (тип Еухіурид) є декілька видів (Bonellia viridis) із різко вираженим статевим диморфізмом:

• ♀ до 7см, хоботок до 1м

• ♂ 1-3мм, паразитують у статевих протоках самки.

Із ізольованої личинки → тільки ♀, але в присутності статевозрілої самки з неї розвиваються ♂.

Статеві хромосоми і хромосомне визначення статі

(хромосомна теорія статі)

У прокаріотів та нижчих еукаріотів (водорості, гриби, найпростіші, інфузорії) стать відсутня. Їх ізоморфні гамети умовно поділяють на "+" і "-" – статеві групи.

У високо організованих видів стать визначається наявністю особливих статевих хромосом, які сформувалися протягом еволюції із аутосом і мають різну конфігурацію. Найчастіше позначаються Х та У. Х-хр, як і аутосоми, мають високу генетичну активність і містить до тисяч різних генів, які не впливають на статеву диференціацію. Натомість, У-хр є слабо активною і містить усього кілька десятків генів.

Оскільки переважна більшість генів, локалізованих в Х-хр, не має своїх алельних пар в У-хр, то кожний із них перебуває у гемізиготному (напівзиготному) стані.

Наприклад, у людини гемізиготними за генами, що розташовані в Х-хр, є чоловіки. Тому спадкові захворювання, пов’язані з такими генами (гемофілія, дальтонізм, м’язова дистрофія, атрофія зорового нерву тощо) зустрічаються у чоловіків набагато частіше, ніж у жінок.

Надлишкова Х-хр ♀-організму компактизується з утворенням статевого хроматину - тілець БАРРА. Їх може бути більше в залежності від числа Х-хр. При генотипах ХХУ вони виявляються і в осіб чоловічої статі, що має діагностичне значення. Конденсація зайвої Х-хр спричинюється необхідністю дозової компенсації генів для збереження рівного генетичного балансу особин обох статей. Досягається це надзвичайно просто – одна із надлишкових хромосом припиняє функціонувати (еухроматин переходить у гетерохроматин).

Відповідно до співвідношення статевих хромосом розрізняють 4 типи хромосомних механізмів визначення статі: ХУ, Х0, ZW, Z0.

У частини тварин (бджоли, мурашки, оси) немає статевих хромосом і спостерігається гаплоїдно-диплоїдне визначення статі:

• ♀ розвивається із запліднених яєць (2n), а

• ♂ - із незапліднених (1n; при сперматогенезі число хромосом не редукується).

У формуванні певної статі беруть участь і аутосоми, в яких містяться гени, що мають гени, які впливають на її визначення. Це знайшло своє відображення у балансовій теорії визначення статі (баланс між аутосомами і статевими хромосомами).

У дрозофіли в третій аутосомі знаходиться ген-трансформатор (trа), який у гомозиготному рецесивному стані перетворює ХХ- самку на безплідного самця.

Хромосомне визначення статі у рослин має 2 типи:

1. У більшості рослин визначення статі значною мірою зумовлюється У-хр → гетерогаметна стать - ♂ (ХУ), гомогаметна стать - ♀ (ХХ)

2. В інших видів стать визначається балансом між аутосомами та Х-хр.

Після генетичного визначення статі, яке відбувається при заплідненні, стать диференціаціюється, тобто складаються відповідні статеві особливості. Це відбувається на 6-10 тижні ембріогенезу і залежить від гонад.

На початку онтогенезу зачаткові гонади ХХ- та ХУ – ембріонів є біпотентні = бісексуальні (можуть розвиватись в обох напрямках) і мають однакову будову. Потім У-хр активує велику родину SОХ - генів (у людини 17-хр) та чимало інших аутосомальних генів, які пов’язані із статевою диференціацією. Це позначаються на розвитку деяких органів, зокрема відповідних змін зазнає НС.

А саме, сім'яники починають виділяти чоловічий статевий гормон ТЕСТОСТЕРОН раніше, ніж яєчники ЕСТРОГЕН. Це критичні періоди вибору чоловічого або жіночого шляхів розвитку ГМ.

Нейрони преоптичного ядра гіпоталамуса чутливі до тестостерону. Аркуатне ядро гіпоталамуса відзначається чутливістю до естрогену.

У нейронах осіб чоловічої статі тестостерон виключає гени, що кодують білки рецептори для жіночих статевих гормонів. Преоптичне ядро у чоловіків та преоптичне і аркуатне ядро у жінок зберігають чутливість до естрогену. Внаслідок цього у чоловіків статеві функції регулює тільки преоптичне ядро, а у жінок: аркуатне і преоптичне.

При цьому, у чоловічої та жіночої статей по різному здійснюється запрограмована загибель нейронів. Внаслідок цього у них спостерігаються певні відмінності у таких показниках як

• розміри нейронів та їхніх ядер

• розташування нейронів

• галуження нейронів, чутливих до різних гормонів

• структура нейронних модулів (ансамблів).

Така специфічність зумовлюється тим, що тестостерон перешкоджає загибелі певних нейронів і стимулює розростання й галуження відростків. Це сприяє утворенню численних контактів з багатьма іншими нейронами.

Естрогени також беруть участь у регуляції цього процесу, формуючи специфічні модулі.

Статева диференціація ГМ пов'язана не тільки з гіпоталамусом. Чутливі до гормонів нейрони знаходяться у багатьох відділах мозку, а їхні керуючі впливи охоплюють найрізноманітніші особливості нервової діяльності та поведінки. Це сприяє формуванню максимальних розбіжностей між статями у відношенні до материнства, агресивності, статевих реакціях.

Так, материнство жінок базується переважно на нейробіологічних, інстинктивних факторах, а батьківство чоловіків – на морально-етичних факторах, зумовлених вихованням. Відношення до дітей.

ТОМБОЙІЗМ

Чоловікам властива гормональна (генетична) маскулінізація, пов'язана з такими психологічними ознаками як рішучість, цілеспрямованість, впевненість у собі, агресивність. Ці властивості розвинені тим сильніше, чим більше тестостерону є у крові. ВІДХИЛЕННЯ розвитку.

Статеві відмінності зумовлюють також і різну життєздатність осіб. Зокрема, хромосомний механізм визначення статі забезпечує розщеплення 1:1, але воно має статистичний характер і дотримується далеко не завжди.

Так, у людини У-сперматозоїди виявляються активнішими і первинне співвідношення статей (в момент запліднення) становить 114-125 ♂ на 100 ♀.

Проте життєздатність ХУ - ембріонів нижча і вони частіше елімінуються шляхом спонтанних абортів. Тому на 100 ♀ народжується 106 ♂ - вторинне співвідношення статей.

Поступово за рахунок більшої життєздатності жінок (додаткова Х-хр перешкоджає прояву рецесивних ознак) та інших причин (алкоголь, куріння, травми, аварії тощо) воно зміщується в бік переважання жінок і у 85 років може становити 50 ♂ на 100. Це третинне співвідношення статей.

Представники кожної статі мають свою специфічну сукупність ознак, які так чи інакше пов’язані з нею. Внаслідок цього розрізняють:

1. Первинні статеві ознаки – ті морфологічні та фізіологічні особливості, які забезпечують утворення гамет і їх поєднання в процесі запліднення: статеві залози + статеві протоки + зовнішні статеві органи.

2. Вторинні статеві ознаки – ті, що не беруть безпосередньої участі у спарюванні та заплідненні, але все ж таки мають певне значення для статевого розмноження: грудні залози у ссавців + яскраве забарвлення самців у птахів тощо.

Із особливостями функціонування статевих хромосом пов’язані різні варіанти успадкування відповідних ознак. У зв’язку із цим розрізняють успадкування ознак, зчеплених із статтю та обмежених нею.

Успадкування, зчеплене зі статтю, зумовлюється генами, що локалізовані у статевих хромосомах. Розрізняють 3 його різновиди:

• повне зчеплення зі статтю – в цьому випадку гени, локалізовані в Х-хр, у гетерогаметної статі знаходяться в гемізиготному стані. Для визначення ефекту таких генів застосовують реципрокні схрещування – це 2 послідовні схрещування, котрі різняться за тим, хто з батьків (♀ чи ♂) вносить у зиготу той чи інший алель:

1) ♀а х ♂А + 2) ♀А х ♂а

Коли рецесивна ознака знаходиться в особин гомогаметної статі (I випадок), то вже у першому поколінні спостерігається розщеплення за фенотипом. При цьому ознака матері передається тільки синам, а ознака батька – тільки донькам. Такий варіант розподілу ознак називається кріс – крос успадкування і саме за ним визначається повне зчеплення зі статтю. Гемофілія, дальтонізм.

• неповне зчеплення зі статтю – зумовлене наявністю алелей однакових генів (як в Х-хр, так і в У-хр). Характерною особливістю є передача рецесивної ознаки від бабусі тільки онучкам, а від дідусів – онукам.

• голандричне успадкування – спостерігається при наявності певних генів тільки в У-хр. Ознака передається від батьків синам. Наприклад, у людини так передаються синдактилія (перетинко- подібне зрощення 2 і 3 пальців стопи), гіпертріхоз вуха (волосся по зовнішньому краї), розвиток тестикул, сперматогенез тощо.

Ознаки, залежні від статі (обмежені статтю) – гени знаходяться в аутосомах чи статевих хромосомах обох статей, але виявляються лише в однієї з них. В іншої статі вони блокуються ендокринним профілем організму, тобто залежать від статевих гормонів.

Наприклад,

• на молочність і жирність молока теличок впливають і батьківські гени, але ці ознаки продуктивності у самців не проявляються;

• специфічне півняче забарвлення реалізується тільки в особин чоловічої статі, хоча відповідні гени є і в курей;

• аутосомний ген раннього облисіння у чоловіків діє як домінантний, а у жінок – як рецесивний. Тому в жінок, що мають даний ген у гетерозиготному стані, ця ознака взагалі не проявляється (домінантний алель облисіння син може одержати від нормальної матері) і навіть у гомозиготних жінок випадіння волосся виражено значно слабше, ніж у чоловіків.

Складні механізми визначення статі у сполученні з варіативністю успадкування ознак, пов’язаних із нею, зумовлюють можливість помилок на будь-якому етапі експресії відповідних генів, що проявляється у вигляді різних аномалій. Зокрема, до них належить інтерсексуальність.

Інтерсексуальність

Це наявність у роздільностатевої особини ознак обох статей. Ці ознаки розвиваються неповністю, тобто мають проміжний характер (гермафродитизм), і проявляються сумісно в одних і тих самих частинах тіла особин (гінандоморфізм).

Ембріональний розвиток таких інтерсексів починається нормально, але з певного моменту продовжується за типом іншої статі. Чим раніше це відбувається, тим різкіше виражена інтерсексу-альність.

Зиготна (генетично зумовлена) інтерсексуальність виникає внаслідок відхилення від норми у каріотиповому чи генетичному складі зиготи.

Гормональна інтерсексуальність виникає у різностатевих особин внаслідок функціональних змін в ендокринній системі (у хребетних – кора наднирників і передня доля гіпофізу). Її можна викликати штучно шляхом кастрації тварин і пересаджування їм статевої залози протилежної статі. При цьому у самок відбувається зсув розвитку вторинних статевих ознак у бік чоловічої статі (маскулінізація), а у самців – у бік ознак жіночої статі (фемінізація).

Гінандоморфізм

Це окремий випадок мозаїцизму, котрий відображає наявність клітин із різним генотипом, які характерні для химерних організмів. Вони можуть виникати не тільки природним, але й штучним шляхом. Зокрема, це спостерігається при трансплантації у тварин або щепленні у рослин.

Мозаїцизм типу ХХ / ХУ виникає внаслідок таких процесів:

• запліднення овоциту 2 різними сперматозоїдами,

• мітотична помилка під час першого дробіння (нерозходження статевих хромосом тощо)

• внутрішньоутробний обмін стовбуровими клітинами між різностатевими дізиготними близнюками,

• злиття двох запліднених яйцеклітин.

У людини виявлені такі варіанти мозаїцизму:

• генетичний – різна пігментація райдужної оболонки, шкіри, волосся

• хромосомний – мозаїчна форма хвороби Дауна, за якої тільки частина клітин організму має аномальне число або будову хромосом.

Гермафродитизм

Це наявність органів чоловічої та жіночої статей у однієї особини.

Він досить поширений серед п’явок, кільчастих червів, вусоногих раків, черевоногих молюсків, риб тощо.

У більшості з них існує механізм, який перешкоджає самозаплідненню.

У людини відомо чимало розладнань механізмів визначення статі. Наприклад:

• тестикулярна фемінізація – хворі мають чоловічий ХУ – каріотип, але при народженні мають вигляд дівчаток і розвиваються за жіночим типом. Такі жінки безплідні, вони мають сім’яники, але сперматогенез у них відсутній. Внутрішні статеві органи представлені маткою з недорозвиненими маточними трубами. Андрогени у таких хворих секретуються у звичайній кількості, але відповідні рецептори мають дефекти. Психічний розвиток також відбувається за жіночим типом.

• несправжній жіночий гермафродитизм – пов’язаний із дисфункцією наднирників у генотипово нормальних ХХ – ембріонів. Внаслідок цього синтезується надлишок андрогенів, що сприяє вірілізації (чоловікоподібності) жіночих плодів. Зовнішні статеві органи при народженні мають подвійну природу, а інколи народжена дитина більше схожа на хлопчика.

Визначення справжньої статі за тільцем Барра сприяє правильному діагнозу, а за потребою – зміні статі у бажаному напрямі.

Трансвестити – від латини: "транс" – через і "вестире" – вдягатися. Це одержання сексуального задоволення від перевдягання в одяг протилежної статі. На відміну від транссексуалів, які відкидають свою стать, трансвестити звичайно не мають сумнівів із цього приводу і не бажають змінювати свою статеву належність. Не є вони і гомосексуалами, яким перевдягання у жіночий одяг не дає сексуального задоволення, це просто поведінка з метою визначення своєї сексуальної ролі та привертання уваги відповідного партнера.

Транссексуали з дитинства відчувають себе людьми протилежної статі. Вони постійно відчувають невідповідність між тим, ким вони є для оточення, і тим, ким вони себе відчувають. Це психогенетичне захворювання.

Чому відбувається такий переворот? Відношення до дитини у сім’ї з найперших днів життя.

Гомосексуалізм – гени, що роблять чоловіків гомосексуалами, підвищують фертильність у жінок і передаються по жіночій лінії. Їх матері, тітки (по жіночій лінії) та сестри звичайно мають багато дітей.

Таким чином вони могли з’явитись і зберегтися протягом еволюції.